【密码学】DES、3DES
文章1:
这一篇文章要解决数据加密——数据补位的问题、DES算法的两种模式ECB和CBC问题以及更加安全的算法——3DES算法。
一、数据补位 DES数据加解密就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文,最后一段不足8个字节,按照需求补足8个字节(通常补00或者FF,根据实际要求不同)进行计算,之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可。 这里有个问题就是为什么要进行数据补位?主要原因是DES算法加解密时要求数据必须为8个字节。
二、ECB模式 DES ECB(电子密本方式)其实非常简单,就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文,最后一段不足8个字节,按照需求补足8个字节进行计算,之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可,各段数据之间互不影响。
三、CBC模式 DES CBC(密文分组链接方式)有点麻烦,它的实现机制使加密的各段数据之间有了联系。其实现的机理如下: 加密步骤如下: 1)首先将数据按照8个字节一组进行分组得到D1D2......Dn(若数据不是8的整数倍,用指定的PADDING数据补位) 2)第一组数据D1与初始化向量I异或后的结果进行DES加密得到第一组密文C1(初始化向量I为全零) 3)第二组数据D2与第一组的加密结果C1异或以后的结果进行DES加密,得到第二组密文C2 4)之后的数据以此类推,得到Cn 5)按顺序连为C1C2C3......Cn即为加密结果。 解密是加密的逆过程,步骤如下: 1)首先将数据按照8个字节一组进行分组得到C1C2C3......Cn 2)将第一组数据进行解密后与初始化向量I进行异或得到第一组明文D1(注意:一定是先解密再异或) 3)将第二组数据C2进行解密后与第一组密文数据进行异或得到第二组数据D2 4)之后依此类推,得到Dn 5)按顺序连为D1D2D3......Dn即为解密结果。 这里注意一点,解密的结果并不一定是我们原来的加密数据,可能还含有你补得位,一定要把补位去掉才是你的原来的数据。
四、3DES 算法 3DES算法顾名思义就是3次DES算法,其算法原理如下: 设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程,K代表DES算法使用的密钥,P代表明文,C代表密表,这样, 3DES加密过程为:C=Ek3(Dk2(Ek1(P))) 3DES解密过程为:P=Dk1((EK2(Dk3(C))) 这里可以K1=K3,但不能K1=K2=K3(如果相等的话就成了DES算法了) 3DES with 2 diffrent keys(K1=K3),可以是3DES-CBC,也可以是3DES-ECB,3DES-CBC整个算法的流程和DES-CBC一样,但是在原来的加密或者解密处增加了异或运算的步骤,使用的密钥是16字节长度的密钥,将密钥分成左8字节和右8字节的两部分,即k1=左8字节,k2=右8字节,然后进行加密运算和解密运算。 3DES with 3 different keys,和3DES-CBC的流程完全一样,只是使用的密钥是24字节的,但在每个加密解密加密时候用的密钥不一样,将密钥分为3段8字节的密钥分别为密钥1、密钥2、密钥3,在3DES加密时对加密解密加密依次使用密钥1、密钥2、密钥3,在3DES解密时对解密加密解密依次使用密钥3、密钥2、密钥1。
文章2:
DES
1977年1月,美国政府颁布:采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准(DES Data Encryption Standard) 。
目前在国内,随着三金工程尤其是金卡工程的启动,DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡(IC卡)、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用,以此来实现关键数据的保密,如信用卡持卡人的PIN的加密传输,IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等,均用到DES算法。
DES算法的入口参数有三个:Key、Data、Mode。
其中Key为8个字节共64位,是DES算法的工作密钥;
Data也为8个字节64位,是要被加密或被解密的数据;
Mode为DES的工作方式,有两种:加密或解密。
DES算法是这样工作的:
如Mode为加密,则用Key 去把数据Data进行加密, 生成Data的密码形式(64位)作为DES的输出结果;
如Mode为解密,则用Key去把密码形式的数据Data解密,还原为Data的明码形式(64位)作为DES的输出结果。
在通信网络的两端,双方约定一致的Key,在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密,然后以密码形式在公共通信网(如电话网)中传输到通信网络的终点,数据到达目的地后,用同样的Key对密码数据进行解密,便再现了明码形式的核心数据。这样,便保证了核心数据(如PIN、MAC等)在公共通信网中传输的安全性和可靠性。
通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key,便能更进一步提高数据的保密性,这正是现在金融交易网络的流行做法。
3DES
3DES是DES加密算法的一种模式,它使用3条64位的密钥对数据进行三次加密。数据加密标准(DES)是美国的一种由来已久的加密标准,它使用对称密钥加密法。
3DES(即Triple DES)是DES向AES过渡的加密算法(1999年,NIST将3-DES指定为过渡的加密标准),是DES的一个更安全的变形。它以DES为基本模块,通过组合分组方法设计出分组加密算法。
设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程,K代表DES算法使用的密钥,P代表明文,C代表密表,这样,
3DES加密过程为:C=Ek3(Dk2(Ek1(P)))
3DES解密过程为:P=Dk1((EK2(Dk3(C)))
K1、K2、K3决定了算法的安全性,若三个密钥互不相同,本质上就相当于用一个长为168位的密钥进行加密。多年来,它在对付强力攻击时是比较安全的。若数据对安全性要求不那么高,K1可以等于K3。在这种情况下,密钥的有效长度为112位。
AES
AES(Advanced Encryption Standard):高级加密标准,是下一代的加密算法标准,速度快,安全级别高。
用AES加密2000年10月,NIST(美国国家标准和技术协会)宣布通过从15种候选算法中选出的一项新的密匙加密标准。Rijndael被选中成为将来的 AES。Rijndael是在1999年下半年,由研究员Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 创建的。AES正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准。
美国标准与技术研究院(NIST)于2002年5月26日制定了新的高级加密标准(AES)规范。
AES算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排,置换是将一个数据单元替换为另一个。
AES使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。AES是一个迭代的、对称密钥分组的密码,它可以使用128、192和256位密钥,并且用128位(16字节)分组加密和解密数据。
与公共密钥加密使用密钥对不同,对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构,在该循环中重复置换和替换输入数据。
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